Alternative radikale Paare für die magnetorezeptive Wahrnehmung auf Basis von Cryptochrom

Es gibt zunehmend Hinweise darauf, dass die bemerkenswerte Fähigkeit von Tieren, insbesondere Vögeln, die Richtung des Erdmagnetfelds zu spüren, auf magnetisch empfindlichen photochemischen Reaktionen des Proteins Cryptochrom beruht. Es wird allgemein angenommen, dass das Magnetfeld auf das radikale Paar FAD •− TrpH • + wirkt, das durch den Transfer eines Elektrons von einer Gruppe von drei Tryptophan-Rückständen auf das photoangeregte Flavin-Adenin-Dinukleotid-Kofaktor innerhalb des Proteins gebildet wird. Hier prüfen wir die Eignung eines FAD •− Z •-radikalen Paares als Kompass-Magnetorezeptor, wobei Z • ein Radikal ist, bei dem der Elektronenspin keine hyperfeinen Wechselwirkungen mit magnetischen Kernen wie Wasserstoff und Stickstoff hat. Quanten-Spindynamik-Simulationen der Reaktivität von FAD •− Z • zeigen, dass es unter denselben Bedingungen (50 µT Magnetfeld, 1 µs Radikallebensdauer) um zwei Größenordnungen empfindlicher auf die Richtung des geomagnetischen Feldes reagiert als FAD •− TrpH • +. Die günstigen magnetischen Eigenschaften von FAD •− Z • ergeben sich aus der asymmetrischen Verteilung der hyperfeinen Wechselwirkungen zwischen den beiden Radikalen und den nahezu optimalen magnetischen Eigenschaften des Flavin-Radikals. Wir schließen mit der Diskussion über die Identität von Z • und möglichen Wegen zu seiner Bildung als Teil eines spin-korrelierten radikalen Paares mit einem FAD-Radikal in Cryptochrom.